CN103436860A

CN103436860A - 气体通道及进气装置

Info

Publication number: CN103436860A
Application number: CN2013103606095A
Authority: CN
Inventors: 谭华强; 乔徽; 林翔; 苏育家
Original assignee: Light Base Photoelectric Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Light Base Photoelectric Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种气体通道及包括所述气体通道的进气装置，所述气体通道连通MOCVD的进气装置的气体腔和进气装置下方的反应区域，使得所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，气体自气体腔经过第一部分流向第二部分并且经过第二部分的出气口流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。这种气体通道具有的逐渐扩张的结构，能够使得反应气体自上方向下流动的路径延长，并且降低了出气口的气体流速，从而提高了气体的分解率和利用率。

Description

气体通道及进气装置

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别是一种气体通道及进气装置。

背景技术

化学气相沉积例如有机金属化学气相沉积（MOCVD）工艺的基本生长过程是，将反应气体从气源通过进气装置引入反应腔室，利用以加热器加热的衬底引发化学反应，从而在基片上生成单晶或多晶薄膜。

现有技术的进气装置请参考图1，所述进气装置包括气体腔室1，气体腔室1与放置于通孔3中的气体通道2相连通，所述气体通道2的进气口为上端口20，出气口为下端口21，所述气体通道2为圆柱状，所述进气口、出气口以及气体通道上平行于进气口和出气口各处的截面的直径尺寸相同，如图中所示，直径D1=D2=D3。

为了在进气装置下方的托盘上形成均匀分布的气流场，现有技术的进气装置采用数以万计的分散的通孔3，每个通孔3中固定放置进气管道2，大量的反应气体通过这些进气管道2流向下方的托盘和托盘上的衬底上。反应气体通常包括NH₃气体和MO气体，对于NH₃气体而言，比较难以分解，其分解时所需温度较高，并且分解后的状态无法稳定，现有技术为了保证反应的正常进行，通常通入过量的NH₃气体，在反应过程中，NH₃的气体流量是MO气体的几千倍甚至上万倍，大量的NH₃气体未能参与反应就被抽走，其利用率偏低。

因此，有必要对现有的进气装置进行改进，以提高对反应气体的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体通道和进气装置，以解决现有技术中进气装置上对反应气体的利用率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于MOCVD工艺的气体通道，所述气体通道连通MOCVD的进气装置的气体腔和进气装置下方的反应区域，所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，气体自气体腔经过第一部分流向第二部分并且经过第二部分的出气口流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。

相应的，本发明提供一种用于MOCVD工艺的进气装置，所述进气装置包括第一气体腔和位于所述第一气体腔下方的第二气体腔，其中，所述第一气体腔或第二气体腔与所述气体通道相连通，所述气体通道用于将来自所述第一气体腔或第二气体腔中的气体经过所述气体通道的出气口流向所述反应区域。

本发明提供的气体通道及进气装置，使得所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，气体自气体腔经过第一部分流向第二部分并且经过第二部分的出气口流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。这种气体通道具有的逐渐扩张的结构，能够使得反应气体自上方向下流动的路径延长，并且降低了出气口的气体流速，从而提高了气体的分解率和利用率。

附图说明

图1为现有技术的进气装置的结构示意图；

图2为本发明气体通道的结构示意图；

图3为本发明第一实施例的进气装置的结构示意图；

图4为本发明第二实施例的进气装置的结构示意图；

图5为本发明第三实施例的进气装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的气体通道及进气装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的中心思想是，提供一种气体通道，所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，使得所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大，这种气体通道具有的逐渐扩张的结构，能够使得反应气体自上方向下流动的路径延长，并且降低了出气口的气体流速，从而提高了气体的分解率和利用率。

请参考图2，本发明提供一种用于MOCVD工艺的气体通道，所述气体通道2连通MOCVD的进气装置的气体腔和进气装置下方的反应区域，所述气体通道2包括第一部分21及与第一部分21相连接的第二部分22，气体自气体腔经过第一部分21流向第二部分22并且经过第二部分22的出气口222流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。具体的，所述第一部分21沿气体流动方向的截面尺寸不变，所述第二部分22沿气体流动方向的截面尺寸逐渐增大，所述第二部分22呈现喇叭状，出气口222位于喇叭状的尺寸最大处；或者，所述第二部分22也可以是沿气体流动方向呈阶梯状增大，但相比而言，前者能够使得气流更加稳定。

进一步的，对于所述的气体通道2，所述气体通道2可以为一气体管；或者，可以是至少所述第二部分22形成于所述进气装置的一热壁板中，即至少所述第二部分22为所述热壁板中的通孔或通孔的一部分；还可以是，所述气体通道2为气体管和与所述气体管相连通的通孔，所述通孔形成于所述进气装置的一热壁板中，所述气体管插入通孔中或与通孔的孔壁连接为一体。

结合上述气体通道，本发明提供一种用于MOCVD工艺的进气装置，所述进气装置包括第一气体腔和位于所述第一气体腔下方的第二气体腔，其中，所述第一气体腔或第二气体腔与如上所述的气体通道相连通，用于将来自所述第一气体腔或第二气体腔中的气体经过所述气体通道的出气口流出至反应区域。

下面给出本发明的三个优选实施例以对包含所述气体通道的进气装置加以详细说明。

请参考图3，其为本发明的第一实施例的进气装置的结构示意图，在本实施例中，所述进气装置从上到下依次为：第一气体腔10、冷却腔11及第二气体腔12，所述进气装置朝向反应区域的一侧具有热壁板121。所述第一气体腔10为III族气体腔，通入有MO气体，例如三甲基镓等；所述冷却腔11中通入有冷却介质，例如可以是水，油或者气体等；所述第二气体腔12为V族气体腔，通入有V族气体，例如是氨气（NH₃）。上述第一气体腔10、冷却腔11及第二气体腔12的排列设计是考虑到MO气体与氨气的分解温度不同，MO气体的分解温度要低，故使得所述第一气体腔10远离所述热壁板121（在本实施例中为所述第二气体腔12朝向反应区域的一侧），以使得所述第一气体腔10受到来自具有加热器的基座的热辐射的影响变小，避免温度过高，所述冷却腔11设置在所述第一气体腔10和第二气体腔12之间，能够进一步的控制所述第一气体腔10的温度。

所述第一气体腔10设置有第一气体通道101，所述第二气体腔12设置有第二气体通道122，分别用于将来自所述第一气体腔10和第二气体腔12中的气体传送至反应区域。具体的，如图3所示，所述第一气体通道101为包括第一部分1011和与所述第一部分1011相连通的第二部分1012的气体通道，所述第一部分1011为气体管，所述第二部分为1012形成于所述热壁板121中的通孔，在本实施例中，所述第二部分1012为从所述热壁板121朝向所述第二气体腔12的一面向朝向反应区域的一面逐渐扩张的结构，所述第一部分1011贯穿所述冷却腔11后与所述第二部分1012的上端连接为一体。所述第二气体通道122为所述的第一部分和第二部分皆是形成于所述热壁板121中的通孔的气体通道。

本实施例中所述第一气体通道101和第二气体通道122分别采用了一种形式的气体通道，由于所述气体通道是具有喇叭状结构，能够使得反应气体向反应区域流出时变得缓和，并使得气体的利用率提高。考虑到通常氨气的量比MO气体的量多得多，因此在不同的工艺中，可以视情况仅保留所述第二气体通道122，将所述第一气体通道改为一气体管。例如，所述第一气体通道101为与所述第一气体腔10相连通的第一气体管，所述第一气体管贯穿所述第二气体腔12和所述热壁板121，所述第一气体管用于将来自第一气体腔10的气体通过所述第一气体管的出气口排出，所述第一气体管位于热壁板121中的一段可以是贯穿所述通孔（即第二气体通道122），且所述第一气体管的管壁与所述通孔的孔壁之间有间隙，来自第二气体腔12的气体自所述间隙向下流出。优选的，为了提高气体的利用率，减少预反应发生，所述第一气体管的出气口位于所述第二气体通道122的出气口的下方。

本实施例中，采用为如图3所示的仅仅贯穿热壁板121且上下两端与所述热壁板121齐平的结构。所述第一气体通道101的第二部分1012还可以是一部分贯穿所述热壁板121，另一部分可以延伸至第二气体腔12中，甚至延伸至冷却腔11中；并且出气口也可以是超过热壁板121的下表面。所述第二气体通道122为所述形成于一热壁板121中的气体通道，即利用了热壁板121中的通孔作为所述第二气体通道122，这样不仅可以简化整个进气装置的结构，也能够降低制作难度。在其他可选的实施例中，还可以有其他结构。例如，所述第一气体通道101的第二部分1012以及第一部分1011的一部分形成在所述热壁板121中，所述第一部分1011的另一部分则至少向热壁板121上方的腔室延伸（根据具体的设计，所述第一部分1011的另一部分可以穿过1个或多个腔室）。

下面请参考图4，其为本发明第二实施例的进气装置的结构示意图。本实施例与上一实施例的相同或相似的模块采用相同的标号，并省略其说明。如图4中，本实施例与上一实施例的区别在于，所述进气装置从上到下依次为：第一气体腔10、第二气体腔12及冷却腔11，基于相同的原则，所述第一气体腔10中通入MO气体，所述第二气体腔中12通入氨气。所述冷却腔11朝向反应区域的一侧为热壁板121。所述第一气体腔10设置有第一气体通道101，所述第二气体腔12设置有第二气体通道122，在本实施例中，所述第一气体通道101为与所述第一气体腔10相连通的第一气体管，所述第一气体管贯穿所述第二气体腔12、冷却腔11和所述热壁板121，所述第一气体通道101用于将来自第一气体腔10的气体通过所述第一气体管的出气口排出。所述第二气体通道122包括第一部分1221和与所述第一部分1221相连通的第二部分1222，所述第一部分1221为气体管，所述第二部分1222为贯穿所述热壁板121的通孔，所述第一部分1221贯穿所述冷却腔11，在本实施例中，所述第二部分1222为从所述热壁板121朝向所述冷却腔11的一面向朝向反应区域的一面逐渐扩张的结构，还可以是所述第一部分1221的一部分及所述第二部分1222位于所述热壁板121中。

如图4所示，所述第一气体通道101插入所述第二气体通道122中，且所述第一气体通道101的管壁与所述第二气体通道122管壁和孔壁之间有间隙，来自第二气体腔12的气体自所述间隙向下流出。为了提高气体的利用率，优选的，所述第一气体通道101的出气口低于所述第二气体通道的出气口。本实施例中采用第一气体通道101插入所述第二气体通道122中的结构，能够降低制作难度，同时也能够使得反应气体在热壁板121上的沉积不容易造成气体通道的堵塞。

请参考图5，其为本发明第三实施例的进气装置的结构示意图。本实施例与第一实施例的相同或相似的模块采用相同的标号，并省略其说明。本实施例与上述多个实施例的区别在于，所述进气装置从上到下依次为：第一气体腔10、吹扫气体腔13、冷却腔11及第二气体腔12。基于相同的原则，所述第一气体腔10中通入有MO气体，所述第二气体腔12中通入有氨气，所述吹扫气体腔13中通入有吹扫气体，例如可以是氮气、氢气或者二者的混合气，以保持进气装置整体的整洁。所述第一气体腔10设置有第一气体通道101，所述第二气体腔12设置有第二气体通道122，所述吹扫气体腔13设置有吹扫气体通道131。所述气体通道可以应用于所述第一气体通道101、第二气体通道122及吹扫气体通道131中的至少一个，以提高相应气体的利用率。

请参考图5，在本实施例中，所述第一气体通道101为第一气体管，贯穿所述吹扫气体腔13、冷却腔11及第二气体腔12到达所述反应区域；所述吹扫气体通道131为包括第一部分1311和第二部分1312的气体通道，所述第一部分1311为气体管，贯穿所述冷却腔11和第二气体腔12，所述第二部分1312为贯穿所述热壁板121的通孔；所述第二气体通道122为第一部分和第二部分皆形成在所述热壁板121中的结构，且所述第一部分和第二部分相连接形成通孔。为了降低制作难度，优选的，可以将所述第一气体通道101分别设置于所述吹扫气体通道131和第二气体通道122中，且与所述吹扫气体通道131和第二气体通道122之间不接触，以使得吹扫气体和氨气气体通过。在本实施例中，由于引入了吹扫气体，使得MO气体和氨气在热壁板121下表面的预反应大大减少，能够有效的减少对衬底上成膜的影响，并且使得每个气体通道被堵塞的几率大大降低。为了进一步的降低预反应发生的情况，还可以使得所述第一气体通道101的出气口低于所述吹扫气体通道131和第二气体通道122的出气口。

在上述实施例中，提及到所述气体通道为第一部分是气体管，第二部分是热壁板中的通孔这样的结构，这种结构的连接方式有多种，但是应要保证第一部分与第二部分之间的连接处的气体不会泄露。作为一个实施例，所述第一部分的管径小于所述第二部分的（最小）直径，所述第一部分直接插入在所述第二部分中，在所述第一部分与第二部分的连接处可以设置一圈密封环，所述密封环例如可以是金属，或者是其他耐热材质。作为又一实施例，所述第一部分是与所述第二部分的侧壁连接为一体，或者所述第一部分与所述热壁板一体成型。

上述几个实施例当能够表达本发明的主要思想，在实际生产中应当依据对相应气体的利用率情况而加以适应性调整，例如V族气体的分解利用率比III族低，而V族气体的用量通常要比III族气体的量多，因此，使得V族气体流过所述气体通道够提高V族气体的利用率，降低MOCVD工艺的成本。可选的，所述气体通道中还可以通入载体气体，例如与V族气体共同流向反应区域。所述载体气体可以为氮气、氢气或两者的混合，具体可根据相应工艺进行选择。

综上所述，本发明提供的气体通道及进气装置，所述气体通道连通MOCVD的进气装置的气体腔和进气装置下方的反应区域，所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，气体自气体腔经过第一部分流向第二部分并且经过第二部分的出气口流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。这种气体通道具有的逐渐扩张的结构，能够使得反应气体自上方向下流动的路径延长，并且降低了出气口的气体流速，从而提高了气体的分解率和利用率。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于MOCVD工艺的气体通道，所述气体通道连通MOCVD的进气装置的气体腔和进气装置下方的反应区域，其特征在于，所述气体通道包括第一部分及与第一部分相连接的第二部分，气体自气体腔经过第一部分流向第二部分并且经过第二部分的出气口流向所述反应区域，所述第二部分沿气体流动方向，其截面尺寸增大。

2.如权利要求1所述的气体通道，其特征在于，所述第二部分沿气体流动方向的截面尺寸逐渐增大，所述第二部分呈现喇叭状，出气口位于喇叭状的尺寸最大处。

3.如权利要求1或2所述的气体通道，其特征在于，所述第一部分沿气体流动方向的截面尺寸不变。

4.如权利要求1或2所述的气体通道，其特征在于，所述气体通道为一气体管。

5.如权利要求1或2所述的气体通道，其特征在于，所述进气装置朝向反应区域的一侧具有热壁板，至少所述第二部分形成于一热壁板中，所述第二部分为所述热壁板的通孔或通孔的一部分。

6.如权利要求1或2所述的气体通道，其特征在于，所述进气装置朝向反应区域的一侧具有热壁板，所述气体通道包括气体管和与所述气体管相连通的通孔，所述通孔形成于热壁板中，所述气体管插入通孔中或与通孔的孔壁连接为一体。

7.如权利要求1所述的气体通道，其特征在于，所述气体腔用于通入V族气体，所述气体通道用于通入V族气体。

8.一种用于MOCVD工艺的进气装置，其特征在于，所述进气装置包括第一气体腔和位于所述第一气体腔下方的第二气体腔，其中，所述第一气体腔或第二气体腔与如权利要求1～7中任一项所述的气体通道相连通，所述气体通道用于将来自所述第一气体腔或第二气体腔中的气体经过所述气体通道流向所述反应区域。

9.如权利要求8所述的进气装置，其特征在于，所述第二气体腔与所述气体通道相连通，所述第二气体腔靠近反应区域的一侧为热壁板，所述气体通道为形成于热壁板中的通孔。

10.如权利要求9所述的进气装置，其特征在于，还包括：与所述第一气体腔相连通的第一气体管，所述第一气体管贯穿第二气体腔和所述热壁板，所述第一气体管用于将来自第一气体腔的气体通过所述第一气体管的出气口排出，第一气体管位于热壁板中的一段贯穿所述通孔，且所述第一气体管的管壁与通孔的孔壁之间有间隙，来自第二气体腔的气体自所述间隙向下流出。

11.如权利要求9所述的进气装置，其特征在于，所述第一气体管的出气口位于所述气体通道的出气口的下方。

12.如权利要求9所述的进气装置，其特征在于，所述第一气体腔通入III族气体，所述第二气体腔通入V族气体，第二气体腔与所述气体通道相连通。